(57)【要約】【課題】計測時間の短縮化を図ることを可能にするとともに、測定対象物の色や傾斜による制約を排除することのできる形状計測方法およびそのシステムを提供する。【解決手段】撮像手段により測定対象物を撮影して得られた撮像データと上記測定対象物のＣＡＤデータとを比較照合することにより、上記測定対象物の位置・姿勢を推定して上記測定対象物の位置・姿勢推定データを取得し、上記取得した位置・姿勢推定データに基づいて、上記測定対象物における計測点間では接触式プローブを高速で移動させ、上記測定対象物が存在すると推定される位置の近傍に上記接触式プローブが到達すると減速を開始し、上記接触式プローブを低速で上記測定対象物に接触させ、上記接触式プローブが上記測定対象物に接触すると上記接触式プローブを停止させて計測を開始するようにした。【選択図】        図１
2007033349.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮像手段により測定対象物を撮影して得られた撮像データと前記測定対象物のＣＡＤデータとを比較照合することにより、前記測定対象物の位置・姿勢を推定して前記測定対象物の位置・姿勢推定データを取得し、
前記取得した位置・姿勢推定データに基づいて、前記測定対象物における計測点間では接触式プローブを高速で移動させ、前記測定対象物が存在すると推定される位置の近傍に前記接触式プローブが到達すると減速を開始し、前記接触式プローブを低速で前記測定対象物に接触させ、前記接触式プローブが前記測定対象物に接触すると前記接触式プローブを停止させて計測を開始する
ことを特徴とする形状計測方法。
【請求項２】
測定対象物を撮影して前記測定対象物の撮影データを取得するための撮像手段を備えた画像撮影システムと、
前記測定対象物に対して移動自在に配設されるとともに前記測定対象物に接触することにより接触点の３次元位置を計測する接触式プローブを備えた接触式プローブシステムと、
前記画像撮影システムにおいて取得された撮像データと前記測定対象物のＣＡＤデータとを比較照合することにより、前記測定対象物の位置・姿勢を推定した位置・姿勢推定データに基づいて前記接触式プローブシステムを制御し、前記測定対象物における計測点間では前記接触式プローブを高速で移動させ、前記測定対象物が存在すると推定される位置の近傍に前記接触式プローブが到達すると減速を開始し、前記接触式プローブを低速で前記測定対象物に接触させ、前記接触式プローブが前記測定対象物に接触すると前記接触式プローブを停止させるように制御する制御手段と
を有することを特徴とする形状計測システム。
【請求項３】
測定対象物を撮影する撮像手段と、
前記撮像手段により前記測定対象物を撮影して得られた撮像データと前記測定対象物のＣＡＤデータとを比較照合することにより、前記測定対象物の位置・姿勢を推定して前記測定対象物の位置・姿勢推定データを取得する位置・姿勢推定データ取得手段と、
前記測定対象物に対して移動自在に配設されるとともに前記測定対象物に接触することにより接触点の３次元位置を計測する接触式プローブと、
前記接触式プローブを移動する移動手段と、
前記測定対象物における計測点間では前記接触式プローブを高速で移動させ、前記測定対象物が存在すると推定される位置の近傍に前記接触式プローブが到達すると減速を開始し、前記接触式プローブを低速で前記測定対象物に接触させ、前記接触式プローブが前記測定対象物に接触すると前記接触式プローブを停止させるように、前記位置・姿勢推定データ取得手段により取得された位置・姿勢推定データに基づいて前記移動手段を制御する移動制御手段と
を有することを特徴とする形状計測システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、形状計測方法およびそのシステムに関し、さらに詳細には、物体の３次元形状を計測するための形状計測方法およびそのシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、物体の３次元形状を計測するための手法として、例えば、接触式プローブシステムを用いる手法が知られている。
【０００３】
この接触式プローブシステムを用いた物体の３次元形状の形状計測は、３次元形状を計測する対象の物体（以下、「測定対象物」と適宜に称する。）へ向けて接触式プローブシステムを構成する接触式プローブを移動して、当該接触式プローブの測定対象物への接触を確認したならば当該接触式プローブを減速して停止させ、その後に測定対象物の計測を開始するという手順で行われるものであり、現在広く一般に用いられている物体の３次元形状を計測するための手法である。
【０００４】
しかしながら、上記した接触式プローブシステムを用いた物体の３次元形状の形状計測においては、接触式プローブが測定対象物へ接触したことを確認した後に当該接触式プローブの減速を行うため、接触式プローブが測定対象物に当接開始してから実際に停止するまでには長い停止距離が必要となるものであった。
【０００５】
従って、接触式プローブが測定対象物と当接することに伴う破壊を回避するためには、接触式プローブの移動速度をあまり高速にすることができないという制約あった。
【０００６】
このため、特に、接触式プローブシステムを用いて測定対象物の多数の計測点において測定する多点計測を行う際には、各計測点間において接触式プローブを高速で移動することができず、計測に長時間を要するという問題点があった。
【０００７】
また、実際の生産ラインを流れる製品の計測を行う際には、測定対象物となる製品は生産ラインを構成するベルトコンベア上に無造作に置かれた状態、即ち、様々な位置や姿勢の状態で生産ラインを流れてくる。
【０００８】
こうしたベルトコンベア上に無造作に置かれた状態の製品を測定対象物として、接触式プローブシステムを用いて３次元形状を計測する際においても、上記の場合と同様に、やはり、接触式プローブの測定対象物たる製品への接触を確認した後に減速、停止、計測開始という手順で処理が行われるため、上記と同様に計測に長時間を要するという問題点があった。
【０００９】
一方、上記したような接触式プローブシステムを用いた手法とは異なり、接触式プローブを使用せずに、画像処理技術を用いて物体の３次元形状を高速に計測する手法が知られており、この手法によれば計測に長時間を要さずに短時間での計測が実現できるものであった。
【００１０】
しかしながら、この画像処理技術を用いて物体の３次元形状を高速に計測する手法によれば、高速計測は可能であるが、画像計測の特性上、測定対象物の色や傾斜に制約があり、また、測定対象物の照明の状況によって計測精度が変化するなどの問題点があった。
【００１１】
なお、本願出願人が特許出願のときに知っている先行技術は、文献公知発明に係る発明ではないため、記載すべき先行技術文献情報はない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、上記したような従来の技術の有する種々の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、計測時間の短縮化を図ることを可能にするとともに、測定対象物の色や傾斜による制約を排除することのできる形状計測方法およびそのシステムを提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するために、本発明は、画像処理技術と接触式プローブ技術とを統合して、高速での形状計測を可能にしたものである。
【００１４】
即ち、本発明においては、撮像手段により測定対象物を撮影して得られた撮像データと測定対象物のＣＡＤデータとを比較照合することにより、測定対象物の位置・姿勢を推定して測定対象物の位置・姿勢推定データを取得し、この取得した位置・姿勢推定データに基づいて、測定対象物における各計測点間では接触式プローブを高速で移動させるが、測定対象物が存在すると推定される位置の近傍に接触式プローブが到達すると減速を開始するようにして、接触式プローブを低速で測定対象物に接触させ、接触式プローブが測定対象物に接触すると接触式プローブを停止させて、その後に計測を開始するようにしたものである。
【００１５】
また、本発明は、画像撮影システムと接触式プローブシステムとを設けて両者を統合し、画像撮影システムにおいて撮像手段により測定対象物を撮影して得られた撮像データと測定対象物のＣＡＤデータとを比較照合することにより、測定対象物の位置・姿勢を、例えば、数ｍｍオーダーおよび数度オーダーの精度で予め推定して測定対象物の位置・姿勢推定データを取得し、測定対象物の各計測点間においては接触式プローブシステムを構成する接触式プローブを高速で移動させることになるが、上記位置・姿勢推定データに基づいて、測定対象物が存在すると推定される位置の近傍から前もって接触式プローブの移動速度の減速を開始し、接触式プローブを低速で測定対象物に接触させ、接触式プローブが測定対象物に接触すると速やかに停止させて、その後に計測を開始するようにしたものである。
【００１６】
従って、本発明によれば、測定対象物における多点間の計測において接触式プローブを安全に高速で移動させることが可能となり、形状計測の高速化ならびに処理時間の短縮化を実現することができる。
【００１７】
また、本発明によれば、測定対象物の位置と姿勢とを同定することができるため、無造作に置かれた測定対象物でも同様に高速に計測することができるようになる。
【００１８】
さらに、本発明によれば、計測そのものは接触式プローブで行うため、測定対象物の色や傾斜による制約を受けることがない。
【００１９】
即ち、上記目的を達成するために、本発明のうち請求項１に記載の発明は、撮像手段により測定対象物を撮影して得られた撮像データと上記測定対象物のＣＡＤデータとを比較照合することにより、上記測定対象物の位置・姿勢を推定して上記測定対象物の位置・姿勢推定データを取得し、上記取得した位置・姿勢推定データに基づいて、上記測定対象物における計測点間では接触式プローブを高速で移動させ、上記測定対象物が存在すると推定される位置の近傍に上記接触式プローブが到達すると減速を開始し、上記接触式プローブを低速で上記測定対象物に接触させ、上記接触式プローブが上記測定対象物に接触すると上記接触式プローブを停止させて計測を開始するようにしたものである。
【００２０】
また、本発明のうち請求項２に記載の発明は、測定対象物を撮影して上記測定対象物の撮影データを取得するための撮像手段を備えた画像撮影システムと、上記測定対象物に対して移動自在に配設されるとともに上記測定対象物に接触することにより接触点の３次元位置を計測する接触式プローブを備えた接触式プローブシステムと、上記画像撮影システムにおいて取得された撮像データと上記測定対象物のＣＡＤデータとを比較照合することにより、上記測定対象物の位置・姿勢を推定した位置・姿勢推定データに基づいて上記接触式プローブシステムを制御し、上記測定対象物における計測点間では上記接触式プローブを高速で移動させ、上記測定対象物が存在すると推定される位置の近傍に上記接触式プローブが到達すると減速を開始し、上記接触式プローブを低速で上記測定対象物に接触させ、上記接触式プローブが上記測定対象物に接触すると上記接触式プローブを停止させるように制御する制御手段とを有するようにしたものである。
【００２１】
また、本発明のうち請求項３に記載の発明は、測定対象物を撮影する撮像手段と、上記撮像手段により上記測定対象物を撮影して得られた撮像データと上記測定対象物のＣＡＤデータとを比較照合することにより、上記測定対象物の位置・姿勢を推定して上記測定対象物の位置・姿勢推定データを取得する位置・姿勢推定データ取得手段と、上記測定対象物に対して移動自在に配設されるとともに上記測定対象物に接触することにより接触点の３次元位置を計測する接触式プローブと、上記接触式プローブを移動する移動手段と、上記測定対象物における計測点間では上記接触式プローブを高速で移動させ、上記測定対象物が存在すると推定される位置の近傍に上記接触式プローブが到達すると減速を開始し、上記接触式プローブを低速で上記測定対象物に接触させ、上記接触式プローブが上記測定対象物に接触すると上記接触式プローブを停止させるように、上記位置・姿勢推定データ取得手段により取得された位置・姿勢推定データに基づいて上記移動手段を制御する移動制御手段とを有するようにしたものである。
【発明の効果】
【００２２】
本発明は、計測時間の短縮化を図ることができるとともに、測定対象物の色や傾斜による制約がないという優れた効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、添付の図面に基づいて、本発明による形状計測方法およびそのシステムの実施の形態の一例を詳細に説明するものとする。
【００２４】
図１には、本発明による形状計測システムの実施の形態の一例の概略構成説明図が示されている。
【００２５】
この形状計測システム１０は、画像撮影システム２０と接触式プローブシステム３０とを設けて両者を統合し、画像撮影システム２０において撮像手段たる左ビデオカメラ２１および右ビデオカメラ２２により測定対象物１００を撮影して得られた撮像データと測定対象物１００のＣＡＤデータとを比較照合することにより、測定対象物１００の位置・姿勢を数ｍｍオーダーおよび数度オーダーの精度で予め推定して測定対象物１００の位置・姿勢推定データを取得し、測定対象物１００における各計測点間は接触式プローブシステム３０を構成する接触式プローブ３１を高速で移動させることになるが、上記位置・姿勢推定データに基づいて、測定対象物１００が存在すると推定される位置の近傍から前もって接触式プローブ３１の移動速度の減速を開始し、接触式プローブ３１を低速で測定対象物１００に接触させ、接触式プローブ３１が測定対象物１００に接触すると接触式プローブ３１を速やかに停止し、その後に計測を開始するようにしたものである。
【００２６】
より詳細には、形状計測システム１０は、画像撮影システム２０と、接触式プローブシステム３０と、画像撮影システム２０と接触式プローブ３０とを含む全体の動作の制御を行うパーソナルコンピュータ４０とを有して構成されている。
【００２７】
ここで、画像撮影システム２０は、測定対象物１００に向かって左側に位置する左ビデオカメラ２１と測定対象物１００に向かって右側に位置する右ビデオカメラ２２とからなる２台のビデオカメラと、測定対象物１００を照明するための光源２３と、左ビデオカメラ２１と右ビデオカメラ２２により測定対象物１００を撮影して得られた撮像データを入力して処理する画像処理ボード２４と、画像処理ボード２４により処理された画像を観察するためのモニター２５とを有して構成されている。
【００２８】
また、接触式プローブシステム３０は、物体に接触することにより当該接触点の３次元位置を計測する接触式プローブ３１と、リニアモーターの駆動により接触式プローブ３１をＸＹＺ直交座標系におけるＸ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向に任意に移動可能なリニアモーター３軸ステージ３２と、リニアモーター３軸ステージ３２のリニアモーターの駆動を制御するコントローラー３３とを有して構成されている。
【００２９】
ここで、リニアモーター３軸ステージ３２は、測定対象物１００に対して接触式プローブ３１を高速・高加速度で移動可能に構成されており、従来より公知のものを用いることができる。
【００３０】
なお、後述する実験においては、リニアモーター３軸ステージ３２としては、図２に示す仕様のものを用いており、形状計測システム１０を構築するのに十分な精度（エンコーダ分解能（Ｅｎｃｏｄｅｒ  ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ）７８．１２５［ｎｍ］）とスピード（最高速度（Ｍａｘｉｍｕｍ  ｖｅｌｏｃｉｔｙ）１．０［ｍ／ｓ］、最大加速度（Ｍａｘｉｍｕｍ  ａｃｃｅｌ．）９．８［ｍ／ｓ２］を有している。
【００３１】
また、パーソナルコンピュータ４０のメモリには、測定対象物１００のＣＡＤデータが予め記憶されており、パーソナルコンピュータ４０は、左ビデオカメラ２１および右ビデオカメラ２２により測定対象物１００を撮影して得られた撮像データとメモリに記憶してある測定対象物１００のＣＡＤデータとを比較照合することにより、測定対象物１００の位置・姿勢を数ｍｍオーダーおよび数度オーダーの精度で予め推定して測定対象物１００の位置・姿勢推定データを取得する。
【００３２】
そして、パーソナルコンピュータ４０は、位置・姿勢推定データに基づいてコントローラー３３を制御する。このパーソナルコンピュータ４０によるコントローラー３３の制御の内容は、コントローラー３３によりリニアモーター３軸ステージ３２の駆動を制御し、測定対象物１００における各計測点間では接触式プローブ３１を高速で移動させ、測定対象物１００が存在すると推定される位置の近傍に接触式プローブ３１が到達すると減速を開始し、接触式プローブ３１を低速で測定対象物１００に接触させ、接触式プローブ３１が測定対象物１００に接触すると接触式プローブ３１を速やかに停止させ、接触式プローブ３１の停止の後に計測を開始させるというものである。
【００３３】
以上の構成において、形状計測システム１０の画像撮影システム２０においては、光源２３により測定対象物１００を照明した状態で左ビデオカメラ２１と右ビデオカメラ２２とにより測定対象物１００を撮像すると、当該撮像にかかる撮像データが画像処理ボード２４へ出力される。なお、左ビデオカメラ２１と右ビデオカメラ２２とにより撮像された測定対象物１００の映像は、モニター２５により観察することができる。
【００３４】
画像処理ボード２４は、左ビデオカメラ２１と右ビデオカメラ２２とから出力された撮像データを時分割処理して、順次にパーソナルコンピュータ４０へ出力し、パーソナルコンピュータ４０は、公知の技術を用いて、画像処理ボード２４から出力された測定対象物１００の撮像データと予めメモりに記憶されている測定対象物１００のＣＡＤデータとを比較照合し、測定対象物１００の位置・姿勢を数ｍｍオーダーおよび数度オーダーの精度で推定した結果の位置・姿勢推定データを生成する処理（以下、この位置・姿勢推定データを生成する処理を「位置・姿勢推定データ生成処理」と適宜に称する。）を行う。なお、位置・姿勢推定データ生成処理の詳細については後述する。
【００３５】
従って、形状計測システム１０においては、測定対象物１００がどのように配置されていても、測定対象物１００の存在する位置を数ｍｍの精度で推測することができる。
【００３６】
そして、パーソナルコンピュータ４０は、生成した位置・姿勢推定データをコントローラー３３へ出力し、当該位置・姿勢推定データに基づいてコントローラー３３を制御して、コントローラー３３により位置・姿勢推定データに基づきリニアモーター３軸ステージ３２の駆動を制御させ、測定対象物１００における各計測点間では接触式プローブ３１を高速で移動させ、測定対象物１００が存在すると推定される位置の近傍に接触式プローブ３１が到達すると減速を開始し、接触式プローブ３１を低速で測定対象物１００に接触させ、接触式プローブ３１が測定対象物１００に接触すると接触式プローブ３１を速やかに停止させてその後に計測を開始するという計測処理（以下、この位置・姿勢推定データに基づく計測処理を「計測処理」と適宜に称する。）を実行する。なお、計測処理の詳細については後述する。
【００３７】
以下に、形状計測システム１０により実行される上記した位置・姿勢推定データ生成処理および計測処理の詳細について、測定対象物１００として図３（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）に示す形状ならびに寸法の測定対象物１００の測定を行う場合を例として、本願発明者による実験内容およびその結果とともに説明する。
【００３８】
なお、図３（ａ）は測定対象物１００の正面図であり、図３（ｂ）は測定対象物１００の平面図であり、図３（ｃ）は測定対象物１００の右側面図であり、図３（ｄ）は測定対象物１００の斜視図である。
【００３９】
また、本願発明者による実験においては、測定対象物１００におけるａ〜ｈの８個の測定ポイント（図３（ｄ）参照）を接触式プローブ３１の接触点とし、特に、測定対象物１００の短尺方向、即ち、ａｂ−ｅｆ間の寸法を測定した。
【００４０】
なお、上記した実験においては、左ビデオカメラ２１ならびに右ビデオカメラ２２としてＳｏｎｙ（登録商標）ＸＣ−７５を用い、画像処理ボード２４としてはＨＩＴＡＣＨＩ（登録商標）ＩＰ５０００を用い、パーソナルコンピュータ４０のＣＰＵとしてはＰｅｎｔｉｕｍ（登録商標）４  １．５［ＧＨｚ］を用いた。
【００４１】
まず、位置・姿勢推定データ生成処理について説明すると、この位置・姿勢推定データ生成処理は、公知の技術、例えば、文献「著者：木村俊、荒谷真一、菅泰雄  題目：カラー情報による物体の抽出と特徴点検出による３次元形状の認識  論文名：第８回画像センシングシンポジウム，Ｈ−８，３８１−３８４，Ｊｕｌ．２００２」に開示された技術を利用して、以下に説明するような手順で処理を行えばよい。なお、位置・姿勢推定データ生成処理における各種の操作は全て画像上での操作であり、測定対象物１００を実際に移動したりするものではない。
【００４２】
〔位置・姿勢推定データ生成処理手順〕
ステップ１：測定対象物１００のＣＡＤデータ（図４参照）を垂直軸回りに０度から３６０度（＝０度）まで１度刻みで３６０回回転したときの各姿勢に関する仮想投影像たる２次元画像を生成し、生成した２次元画像について頂点の頂点番号とその座標、頂点座標の重心および頂点数を回転角度ごとに求めデータベース化する。
【００４３】
ステップ２：左ビデオカメラ２１と右ビデオカメラ２２との撮像データから、それぞれの撮像データが示す測定対象物１００像の輪郭線が折れている箇所（特徴点）を物体の頂点Ａ〜Ｈとしてそれぞれ抽出し、それぞれの２次元座標を求めるとともに、それぞれの頂点Ａ〜Ｈの２次元座標の平均値である重心Ｇをそれぞれ計算する（図５（ａ）（ｂ）参照）。
【００４４】
ステップ３：左ビデオカメラ２１と右ビデオカメラ２２との撮像データからそれぞれ得られる測定対象物１００の頂点配置とデータベース内の頂点配置との一致度を、頂点数および頂点座標を用いて評価して評価値を得て、その評価値に基づいて、左ビデオカメラ２１と右ビデオカメラ２２とに関してそれぞれ独立に測定対象物１００の姿勢角を推定する。なお、上記した評価ならびに姿勢角の推定は、例えば、以下のようにして行う。
【００４５】
即ち、データベースを参照して角度０度における仮想投影像を得て、当該仮想投影像の重心位置が重心Ｇの重心位置に一致するようにＣＡＤデータを平行移動する。次に、左ビデオカメラ２１と右ビデオカメラ２２との撮像データのそれぞれについて、撮像データが示す測定対象物１００像の特徴点の１つと距離が最も近いＣＡＤデータの特徴点の１つを選びだし、２点間の距離を求める（単位は画素（ｐｉｘｅｌ）である。）。撮像データが示す測定対象物１００像の全ての特徴点について、同様にＣＡＤデータの特徴点との距離を求め、最後にすべての距離を積算し、その平均値を評価値とする。そして、３６０個の仮想投影像の全てについて上記した操作を行い、評価値（平均距離）が最も小さくなるときの角度を測定対象物１００の姿勢角とする。
【００４６】
ステップ４：ステップ３において左ビデオカメラ２１と右ビデオカメラ２２とに関してそれぞれ独立に推定した測定対象物１００の姿勢角が一致したときに、その角度を測定対象物１００の姿勢角として最終的に決定する。
【００４７】
ステップ５：ステップ２で得た頂点Ａ〜Ｈの頂点座標を用いて、三角測量の原理により測定対象物１００の頂点の３次元位置を復元する。
【００４８】
ステップ６：ステップ５で得られた測定対象物１００の頂点の３次元位置を示すデータたる測定対象物１００の位置・姿勢データはカメラ座標系で記述されているため、これらの位置・姿勢データを接触式プローブシステム３０におけるＸＹＺ直交座標系におけるデータに変換し、この変換されたデータを位置・姿勢推定データとする。
【００４９】
ここで、位置・姿勢の測定精度について説明すると、測定対象物１００の姿勢を０度から３６０度まで１度刻みで変化させたときに、上記したデータベースとの一致度の評価値がどのように変化するかを図６に示している。また、測定対象物１００の姿勢を０度から３６０度まで３０度刻みで変化させた姿勢推定実験結果を図７（ａ）に示し、測定対象物１００の姿勢を０度から１０度まで１度刻みで変化させた姿勢推定実験結果を図７（ｂ）に示している。
【００５０】
これらの結果より、計測時間約０．７［ｓ］、位置精度約１．５［ｍｍ］、姿勢角１［ｄｅｇ］以内で、測定対象物１００の位置・姿勢推定が可能であるとの結論が得られた。
【００５１】
次に、計測処理について説明すると、この計測処理は、以下に示す手順により実効されるものである。
【００５２】
〔計測処理手順〕
ステップ１：任意の位置におかれた測定対象物１００に関して、位置・姿勢推定データ生成処理により得られた位置・姿勢推定データを、接触式プローブシステム３０のコントローラー３３へ出力する。
【００５３】
ステップ２：コントローラー３３は、位置・姿勢推定データに基づいて、例えば、最大０．２［ｍ／ｓ］、９．８［ｍ／ｓ２］で接触式プローブ３１を測定対象物１００の測定ポイントのうちで第１番目の測定ポイントたる第１測定ポイント（図３（ｄ）のａ点）の近傍位置（この近傍位置は、例えば、位置・姿勢推定データが示す測定ポイントの手前１ｃｍの位置である。）に高速移動させ、この近傍位置で接触式プローブ３１の移動速度を急速に減速する。即ち、測定対象物１００の存在が推定される近傍位置で接触式プローブ３１の移動速度を急速に減速し、その後は接触式プローブ３１を比較的低速（例えば、０．０５［ｍ／ｓ］である。）で測定対象物１００に接近し、接触式プローブ３１が測定対象物１００と接触すると接触式プローブ３１の移動を停止し、接触式プローブ３１により測定対象物１００の存在する位置を同定する。
【００５４】
ステップ３：さらに、測定対象物１００を回避しながら、接触式プローブ３１を第２測定ポイント（図３（ｄ）のｂ点）へ高速移動させる。
【００５５】
ステップ４：そして、上記した（２）〜（３）の動作と同様な動作を全測定ポイントに対して繰り返し、最後に、同定された各測定ポイントの位置から最小二乗法により測定対象物１００の寸法を割り出して計測を終了する。
【００５６】
ここで、図８には、実験の計測結果のＸ−Ｙ軸への展開図が示されている。図８において、実線が接触式プローブ３１の移動軌跡を表し、破線が推測される測定対象物１００の輪郭線を表している。図８の実線に注目すると、接触式プローブ３１は測定対象物１００を迂回しつつ移動し、かつ、ほぼ垂直に測定対象物１００への接近を図っていることがわかる。また、第１測定ポイント（図３（ｄ）のａ点）、第２測定ポイント（図３（ｄ）のｂ点）、第５測定ポイント（図３（ｄ）のｅ点）、第６測定ポイント（図３（ｄ）のｆ点）より、実物８８．１［ｍｍ］に対し、８８．２０［ｍｍ］（０．１０［ｍｍ］の誤差）との測定結果を得た。
【００５７】
以上のことから、形状計測システム１０によれば、一点平均わずか０．５３［ｓ］の計測時間であり、およそ０．１０［ｍｍ］の誤差で測定対象物１００の寸法を計測することができた。
【００５８】
即ち、形状計測システム１０においては、画像撮影システム２０による左ビデオカメラ２１および右ビデオカメラ２２の撮影と画像処理とにより、１２面体の測定対象物１００の位置・姿勢を１．５［ｍｍ］、１度の精度で認識することができた。
【００５９】
そして、無造作に置かれた測定対象物１００たる１２面体の寸法を誤差０．１０［ｍｍ］、平均計測時間一点０．５３［ｓ］で測定できた。このスピードは従来の接触式計測器のスピードを大幅に向上するものであり、従来のシステムでは困難であった安価な量産製品に対する全数寸法計測を行うシステムを確立することが可能になる。
【００６０】
つまり、形状計測システム１０を用いると、無造作に置かれた物体に対する多点間の計測において接触式プローブを安全に高速で移動させることが可能となり、形状計測の高速化を実現することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
本発明は、品質管理のための製品検査、例えば、従来困難であった安価な量産製品に対する全数寸法計測を行う際に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】図１は、本発明による形状計測システムの実施の形態の一例の概略構成説明図である。
【図２】図２は、リニアモーター３軸ステージの仕様を示す図表である。
【図３】図３（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）は、測定対象物の形状ならびに寸法を示す説明図であり、図３（ａ）は測定対象物の正面図であり、図３（ｂ）は測定対象物の平面図であり、図３（ｃ）は測定対象物の右側面図であり、図３（ｄ）は測定対象物の斜視図である。
【図４】図４は、測定対象物のＣＡＤデータの説明図である。
【図５】図５（ａ）は、左ビデオカメラの撮像データが示す測定対象物像の輪郭線を示す画像であり、図５（ｂ）は、右ビデオカメラの撮像データが示す測定対象物像の輪郭線を示す画像である。
【図６】図６は、測定対象物の姿勢を０度から３６０度まで１度刻みで変化させたときにデータベースとの一致度の評価値がどのように変化するかを示したグラフである。
【図７】図７（ａ）は、測定対象物の姿勢を０度から３６０度まで３０度刻みで変化させた姿勢推定実験結果を示すグラフであり、図７（ｂ）は、測定対象物の姿勢を０度から１０度まで１度刻みで変化させた姿勢推定実験結果を示すグラフである。
【図８】図８は、実験の計測結果のＸ−Ｙ軸への展開図である。
【符号の説明】
【００６３】
１０      形状計測システム
２０      画像撮影システム
２１      左ビデオカメラ
２２      右ビデオカメラ
２３      光源
２４      画像処理ボード
２５      モニター
３０      接触式プローブシステム
３１      接触式プローブ
３２      リニアモーター３軸ステージ
３３      コントローラー
４０      パーソナルコンピュータ
１００      測定対象物
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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